慣性力與真實力的區(qū)別與聯(lián)系學(xué)年論文

慣性力與真實力的區(qū)別與聯(lián)系摘要慣性力是實際上并不存在，可以用來區(qū)別非慣性參考系以及慣性參考系。在非慣性系參考中牛頓運動定律是不成立的，而慣性力是由于參考系本身相對于慣性參考系作加速運動所引起的力。在引入慣性力后，對非慣性參考系來講，牛頓運動定律在形式上就“仍然”可以成立。在平面轉(zhuǎn)動參考系中，質(zhì)點受到了三種慣性力，其中的科氏力在日常生活中是最為常見的且對我們的生活影響重大。慣性力在生活中像真實力那樣存在，通過舉例，我們可以得出慣性力與真實力的聯(lián)系。再結(jié)合真實力的定義和判據(jù)，我們可以得出慣性力與真實力的區(qū)別。關(guān)鍵詞慣性力；平面轉(zhuǎn)動參考系；非慣性系；牛頓第三定律；科氏力；1、引言慣性是物理學(xué)中最基本的概念之一，也是學(xué)習(xí)物理學(xué)最早遇到的概念之一。這一極為普通和基本的概念曾經(jīng)引起許多物理學(xué)家進行思考和剖析。由于牛頓運動定律只在一定的參考系中成立，因此在經(jīng)典物理學(xué)課程中都對慣性系與非慣性系、牛頓力與慣性力加以區(qū)分，但在不同專業(yè)的經(jīng)典物理教學(xué)中對這個問題的處理是不同的。在物理專業(yè)的力學(xué)基礎(chǔ)中只介紹了慣性力的概念；而大多數(shù)普通物理的教學(xué)中卻未引入慣性力的定義，只是在近幾年的一些基礎(chǔ)物理教材中才有慣性力的介紹，但幾乎都未對慣性力的性質(zhì)進行深入探討。慣性力實際上并不存在，實際存在的只有原本將該物體加速的力，因此慣性力又稱為假想力。它概念的提出是因為非慣性系中，牛頓運動定律并不適用。但是為了思維上的方便，可以假象在這個非慣性系中，除了相互作用所引起的力之外還受到一種由于非慣性系而引起的力——慣性力。如果物體相對于勻角速度轉(zhuǎn)動的參考系而言，不是靜止的，而是在做相對運動，那么在該轉(zhuǎn)動參考系中的觀測者看來，物體除了受到慣性離心力的作用外，還將受到另外一種附加的力——科里奧利力的作用。2、慣性力的定義在非慣性參考系中，如果我們認為除了物體間相互作用的力之外，還有一種非相互作用力，這種力是由于參考系本身相對于慣性參考系加速運動所引起的，這種力就是（-ma0），它的大小等于質(zhì)點的質(zhì)量m和牽連加速度a0的乘積，方向和a0的方向相反，這種力叫做慣性力。例如，設(shè)地面為靜系系S，公車為動參考系S'，當(dāng)公車相對地面靜系S勻速運動的時候，公車里面的物體，如乘客，和公車組成的系統(tǒng)就是慣性系設(shè)平面參考系S'（如平板）以角速度ω繞最值于自身的軸轉(zhuǎn)動，在這個參考系（平板）上取坐標系O-xy，它的原點和靜止坐標系S原點O重合，并且繞著通過O點并垂直于平板的直線（即Z軸）以角速度ω轉(zhuǎn)動。令單位矢量ij固著在平板上的x軸和y軸上，并以同一角速度ω和平板一同轉(zhuǎn)動。Ω矢量既然在Z軸上，所以我們可以把它寫為ω=ωk。如果P為在平板上運動著的一個質(zhì)點，則P的位矢為r=xi+yj---（1）P點對靜止坐標系S的加速度圖4.1.1而上式中的和存在以下關(guān)系：其方向垂直于ω及所決定的平面，并且依右手螺旋法則定指向。在平面問題中，ω恒沿k方向，故為位于xy平面內(nèi)的矢量，其指向可將隨著的轉(zhuǎn)動一直角即得。這個加速度叫做科里奧利加速度，簡稱科氏加速度。由參考文獻[1]得公式（2）可化簡為 由上式得由參考文獻[2]得出對非慣性參考系來講，只要加上適當(dāng)?shù)膽T性力，牛頓運動定律在形式上就“仍然”成立。如果質(zhì)量為m的質(zhì)點所受到的合外力為F，則（5）式乘以m后，就得到即對于平面轉(zhuǎn)動參考系而言，如果添上三種慣性力：、和，則牛頓運動定律對系就“仍然”可以成立。其中慣性力是殲擊型飛機飛行員和宇宙飛行器飛行員在駕駛飛行器作大負荷機動飛行時，慣性力對他們有很大的威脅。當(dāng)加速的方向為由腳到頭的方向時，作用在血液微粒上的慣性力使血液下墜，不加防護可能會造成腦貧血；當(dāng)加速的方向為由頭至腳時，作用在血液微粒上的慣性力使血液上涌，可能會造成腦充血；這都會危及飛行員的生命安全。在研究飛機或火箭的結(jié)構(gòu)受力時，是在機體坐標系或箭體坐標系中觀察問題的，一般說它們是非慣性系，其加速度從幾個g到幾十個g，甚至更大。作用在機體或箭體上的慣性力是重力的幾倍、幾十倍甚至更大。在研究地球表面大氣、水等的運動時，以地球作為非慣性參考系，地球轉(zhuǎn)動時，地球上的所有物體或者質(zhì)點都受到三種慣性力，其中的一種慣性力也叫科氏力。地球表面不同緯度的地區(qū)接受陽光照射的量不同，從而影響大氣的流動，在地球表面延緯度方向形成了一系列氣壓帶，如所謂“極地高氣壓帶”、“副極地低氣壓帶”、“副熱帶高氣壓帶”等。在這些氣壓帶壓力差的驅(qū)動下，空氣會沿著經(jīng)度方向發(fā)生移動，而這種沿經(jīng)度方向的移動可以看作質(zhì)點在旋轉(zhuǎn)體系中的直線運動，會受到科里奧利力的影響發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由科氏力的計算公式不難看出，在北半球大氣流動會向右偏轉(zhuǎn)，南半球大氣流動會向左偏轉(zhuǎn)，在科里奧利力、大氣壓差和地表摩擦力的共同作用下，原本正南北向的大氣流動變成東北－西南或東南－西北向的大氣流動。此外，河流兩岸的差異，火車鐵軌左右鐵軌磨損程度不一樣，也是科氏力造成的影響。真實力和慣性力的聯(lián)系1、慣性力是一個假象力，但它在某些人類活動中卻扮演者比真實力還要重要的角色。例如：搬運工人拋貨物的過程，當(dāng)貨物離開工人的手時，慣性力讓貨物維持原有的運動狀態(tài)繼續(xù)運動。2、在加速度很大的物體上，慣性力變成一個不容忽視的力作用在物體身上。如：殲擊型飛機飛行員和宇宙飛行器飛行員在駕駛飛行器作大負荷機動飛行時，慣性力對他們有很大的威脅。3、當(dāng)慣性力以科氏力的形式存在時，它會讓大氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，河流兩岸有差異，火車鐵軌左右磨損程度不一樣。7、真實力和慣性力的區(qū)別1、慣性力沒有具體的施力者，而真實力是物體間的相互作用。2、慣性力與參照系的選擇有關(guān)，而真實力與參照系的選擇無關(guān)。從慣性力的表達式可以看出慣性力與物體的質(zhì)量和非慣性系相對于慣性系運動的加速度有關(guān)，即在不同的非慣性系中同一物體所受的慣性力不同，但真實力與參照系是無關(guān)的，例如物體所受到的重力，兩點電荷之間的庫侖力這兩個真實力，我們認為它們在慣性系和非慣性系中都是一樣的。3、慣性力不屬于四種基本相互作用（強相互作用、弱相互作用、引力相互作用、電磁相互作用），而真實力則是相互作用力。參考文獻[1]理論力學(xué)教程（第三版）周衍柏高等教育出版社[2]經(jīng)典力學(xué)教程王克協(xié)吳承塤編